不同重金属离子在土壤中有着独特的化学性质及迁移性能，所以很难找出单一的钝化剂能够降低农田土壤中所有重金属离子的活性。在大量钝化剂中有些适合几种重金属离子，但各自的钝化效果还取决于钝化剂的添加量及老化时间。实际应用过程中，最典型的钝化剂材料可以细分为含磷类材料、碱性材料、黏土矿物、炭基材料、有机物料、金属氧化物、新型材料等。各类化学修复剂的结构成分、修复效果以及作用机制各不相同。常见重金属污染土壤钝化修复材料如表9-1所示。
表9-1 常见重金属污染土壤钝化修复材料
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（1）硅钙类材料 施硅钙类材料会提升土壤pH，增加土壤表面负电荷，促进对重金属阳离子的吸附；也可以形成重金属碳酸盐、硅酸盐沉淀，降低土壤重金属的迁移性和生物有效性。同时，硅和钙能促进多种植物正常生长，有增产优质、增强作物抗胁迫的能力。田间试验表明，污染土壤石灰施用量为750kg/hm2时，土壤有效镉降低15％；长期利用石灰进行污染土壤修复时，石灰大量施用会引起土壤过度石灰化，致使土壤中重金属离子浓度升高，导致作物减产。利用硅酸盐修复铅、锌、镉复合污染土壤的试验发现，硅酸盐的施用在降低重金属在黑麦草体内累积的同时，还增加了作物生物量及叶绿素含量，对酶也有一定的激活作用。硅对作物抗重金属胁迫的积极作用可能与形成硅-金属复合物有关，是近年来的一个国际研究热点。
（2）含磷类材料 含磷类材料是一类应用广泛的重金属污染土壤修复剂，包括羟基磷灰石、氟磷灰石、磷矿粉、磷酸盐、磷酸、钙镁磷肥、骨粉等。利用含磷物质修复重金属污染土壤主要集中在对铅的固定上，土壤中各种形态的铅经磷诱导后，转变为稳定性更高的磷酸铅，降低了铅的生物有效性。含磷材料因其价格低廉、修复效果好，被美国环境保护局列为最好的铅污染土壤管理措施之一。
含磷类材料的种类、土壤中铅的形态、pH、氧化还原电位、土壤固/液比、磷/铅摩尔比、土壤溶液的化学组成等都对磷和铅的反应动力学过程产生影响，进而对修复效果产生重要作用。不同类型含磷材料的修复效率不同，由磷矿物的比表面、溶解性不同所引起。在利用含磷化合物进行铅污染土壤修复中，土壤的微酸性（pH＜6）有利于磷酸铅类物质的形成，会保证较好的修复效果。一般来说，土壤的固/液比越高，越有利于难溶性磷酸铅类化合物的形成。无论土壤中铅与磷生成何种化合物，铅与磷发生沉淀的理论摩尔比均为磷∶铅＝3∶5，利用不同含磷材料修复铅污染土壤中，磷的用量至少要满足以上摩尔比。考虑到土壤中磷酸盐的溶解平衡动力学过程及其他金属离子对沉淀反应的竞争效应，磷的用量往往超过这个比例。然而，过量的溶解性磷可能向地表或地下迁移，有造成地表水体富营养化和地下水污染的风险，高浓度磷还会增加土壤硒、砷的浸出，增加其移动性；过量磷还会造成作物营养缺乏。含磷类材料是一类有效的土壤重金属固定剂，但磷过量使用带来的环境风险、作物营养缺乏等问题仍然有待深入研究。
（3）有机物料 有机物料通过提升土壤pH、增加土壤阳离子交换量、形成难溶性金属有机络合物等方式来降低土壤重金属的生物可利用性。源自不同工艺有机堆肥的改土效果不同。有机废物在好氧堆肥工艺过程中，重金属与堆肥中的有机成分、晶格结构紧密地结合在一起，重金属的迁移性、有效性明显下降。腐殖酸具有丰富的活性功能基团，能够和重金属发生各种形式的结合，从而成为土壤重金属的钝化固定剂，影响重金属在土壤中的形态转化、移动性和生物有效性。研究表明，随腐殖酸投入比的加大，可溶态镉含量明显下降，有机态镉明显上升，氧化态和有机态镉相似，腐殖酸对可溶态镉分配比率最高，达19％～73％，分别是有机态、氧化态镉的4.2～5.5倍和1.6～3.8倍。而且不同腐殖酸组分对土壤重金属的钝化效果不一，灰色胡敏酸＞棕色胡敏酸＞富里酸，即分子量愈大、芳构化程度愈高的腐殖酸组分对重金属的钝化愈强。(www.xing528.com)
（4）黏土矿物 黏土矿物是一类环境中分布广泛的天然非金属矿产，包括蒙脱石、海泡石、凹凸棒石、蛭石、沸石、膨润土、硅藻土、高岭土等，结构层带电荷、比表面积相对较大，主要通过吸附、配位反应、共沉淀反应等作用，减少土壤溶液中的重金属离子浓度和活性，达到钝化修复的目的。黏土矿物钝化修复土壤重金属污染具有不同于其他修复技术的优点，如原位、廉价、易操作、见效快、不易改变土壤结构、不破坏土壤生态环境等，并且能增强土壤的自净能力，近年来已被用于重金属污染农田的钝化修复研究。
研究表明，海泡石能显著提高镉污染红壤的pH，土壤有效镉含量随海泡石施用量增加而降低。土壤镉含量为1.25mg/kg、海泡石投加量大于1％时，菠菜可食部镉含量（鲜重）低于0.2mg/kg；而在土壤镉含量2.5mg/kg和5mg/kg污染土壤中，海泡石投加量5％时，菠菜可食部位镉含量可满足食品卫生标准。水稻田镉污染修复试验表明，海泡石施用对土壤微生物量碳、磷酸酶、脲酶活性等无明显影响，可使土壤微生物量氮降低33.8％，过氧化氢酶活性提高19％，土壤真菌多样性出现一定下降。此外，菜地钝化修复试验发现，土壤海泡石施用量5％时，菠菜地上部分、根部镉含量降幅分别达45.6％和70.2％，土壤过氧化氢酶、蔗糖酶的活性分别提高15.4％和34.0％，细菌、真菌的数量也显著增加。利用蛭石修复污染土壤的研究表明，与对照相比，土壤pH由4.17提高到5.99，土壤交换态、碳酸盐结合态的铜、镍、铅、锌明显下降，试验作物莴苣、菠菜体内重金属浓度降幅达60％以上。
（5）金属氧化物 氢氧化物、水合氧化物和羟基氧化物是土壤中含量较低的天然组分，它们主要以晶体态、胶膜态等形式存在，粒径小、溶解度低，在土壤化学过程中扮演着重要作用。金属氧化物通过表面吸附、共沉淀途径完成对土壤重金属的钝化固定。土壤中有机、无机配位体（胡敏酸、富里酸、磷酸盐）与重金属的复合反应影响着其在氧化物表面的吸附。当有机配体与重金属形成难溶复合物时，促进了氧化物对重金属的吸附，当形成可溶复合物时，抑制了重金属在氧化物上的吸附。零价铁、硫酸亚铁是常用的两种含铁物质。硫酸亚铁在砷污染土壤中固定效果明显，但其引起的土壤酸化问题不容忽视，可使土壤中被固定的镉、铜、锌等重新释放出来，需通过施用石灰控制土壤pH变化。与硫酸亚铁相比，零价铁在土壤中转化成氧化物的过程较慢，但生成氧化物的量较多，从修复效果长期稳定性看，零价铁更可取，也不会引起土壤酸化。不同含铁物质对砷的固定修复效果存在差异，修复效果分别为三价硫酸铁盐＞二价硫酸铁盐＞单质铁。铁氧化物从水合态到晶体态的转化促进了土壤砷的解吸，土壤pH、Eh、温度、共沉淀金属是影响转化过程的关键因素，在修复效果的长期稳定性评价中必须考虑。As（Ⅲ）随土壤pH升高在氧化物上吸附增加，As（Ⅴ）随pH降低在氧化物上的吸附增加，但含铁物质的施用会降低土壤作物营养，如磷的有效性，通常将含铁物质和肥料配合使用。锰氧化物表面积较大、pHZPC（ZPC表示等电点）较低，在土壤中通常带负电荷，对金属阳离子有较强的吸附能力。锰氧化物的添加可明显降低土壤中溶解态铅的浓度，磷的存在促进了锰氧化物对金属的吸附固定。富含铁铝的工业副产品赤泥，它的施用促使土壤重金属由可交换态向氧化物态转变，因其对土壤pH的提升作用，对作物生长、土壤微生物也有积极影响。
（6）炭基材料 炭材料中使用最多的是生物炭材料。生物炭指生物质在缺氧或无氧条件下热裂解得到的一类含碳、稳定、高度芳香化的固态物质，农业废物如秸秆、木材及城市生活有机废物如垃圾、污泥都是制备生物炭的重要原料。生物炭几乎是纯碳，埋到地下后几百至上千年不会消失，等于把碳封存进了土壤，可以减少二氧化碳和甲烷等温室气体的排放，有助于缓解全球变暖。生物炭具有较大的孔隙度和比表面积，表面带有大量负电荷和较高的电荷密度，能够吸附大量可交换态阳离子，是一种良好的吸附材料，同时含有丰富的土壤养分元素氮、磷、钾、钙、镁及微量元素，施到农田后，不仅可修复治理镉污染土壤，而且可以增加土壤有机质、提高土壤肥力、促进作物增产。
生物炭对污染土壤中重金属形态、迁移、生物有效性都有影响。研究发现，水稻秸秆生物炭的施用使土壤酸可提取态铜、铅和镉分别可降低19.7％、18.8％和5.6％。矿区重金属污染土壤（总铜含量为1 343mg/kg、总铅含量为2 511mg/kg、总锌含量为262mg/kg）经生物碳-有机堆肥联合修复后，土壤水溶性铜、铅、锌分别由5.6mg/kg、0.17mg/kg、3.3mg/kg降至0.2mg/kg、0.007mg/kg、0.05mg/kg，土壤pH由2.7增至6.6，供试作物地上部分铜、锌含量分别降至8mg/kg、36mg/kg，达到土地农业复垦的要求。污染土壤经生物炭处理后种植番茄，其根、幼苗砷含量显著下降，可食部分砷含量低于3μg/kg，毒性及转移风险最小。
（7）新型材料 近年来，一些新型材料开始被用于土壤重金属污染钝化修复中，其中包括介孔材料、功能膜材料、植物多酚物质及纳米材料等，由于这类材料具备独特的表面结构、组成成分，使得它们在较低的施加水平下可以获得较好的修复效果。有研究报道土壤施加介孔材料后，镉、铅和铜酸可提取态含量均降低，有机结合态含量增加，供试小白菜体内重金属积累量显著下降。磷酸铁纳米材料在土壤铜污染修复中可以显著降低土壤中水溶态、可交换态和碳酸盐结合态铜含量，促使铜向残渣态转化；铁纳米材料同样可显著降低土壤淋洗液中铬含量。通过对新型有机-无机多孔杂化材料土壤重金属污染修复试验研究表明，可显著降低土壤毒性浸出铅、镉含量，减少供试油菜体内的重金属铅、镉累积量。
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